CN115532773A - 一种固定焚烧飞灰中重金属的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种固定焚烧飞灰中重金属的方法，至少包括：焚烧飞灰配伍、焚烧飞灰加热、液氨冷却；焚烧飞灰配伍子用于对焚烧飞灰熔融料的配伍；焚烧飞灰加热用于对配伍后的焚烧飞灰高温加热；液氨冷却用于对高温加热后的焚烧飞灰冷却；通过本发明实现焚烧飞灰玻璃化的配伍优化，玻璃体含量的定向调控，重金属的高效固定。
Description
技术领域
本申请涉及废物处理技术领域，具体涉及一种固定焚烧飞灰中重金属的方法。
背景技术
焚烧飞灰处理工艺多为固化稳定化+安全填埋，该方法不仅占用了大量的土地，而且具有极高的环境暴露风险。水泥窑协同处置技术虽然可以将焚烧飞灰资源化处置，但飞灰中氯离子的含量制约了该技术的发展，同时重金属进入水泥中，建筑材料中将存在潜在的环境风险，这也限制了水泥窑协同处置技术的发展。
近些年，熔融玻璃化被认为是一种理想的焚烧飞灰固定方法，利用电热或燃烧法加热至高于飞灰熔点使其熔融，之后迅速降温冷却，形成熔融玻璃体，借助玻璃体致密的硅氧四面体结构，实现重金属的稳定化，但部分重金属会挥发进入烟气，最终对烟气进行冷凝净化捕集生成二次飞灰，对环境造成二次污染风险。因此，在熔融玻璃化过程中，焚烧飞灰中重金属固定率的提高是当前焚烧飞灰玻璃化领域中亟需解决的问题。
焚烧飞灰由二氧化硅、氧化铝、三氧化铁、氧化钙和氧化镁等组成，熔点一般在1300-1500℃，在1000℃以上部分重金属基本挥发至高温气氛中不易被固定在玻璃体中，因此，降低焚烧飞灰的熔点也是亟需解决的一个问题。
中国专利申请200910248779.8中公开了一种通过调整CaO/SiO2固定焚烧飞灰中重金属的普适方法，在焚烧飞灰中添加CaO、CaCO3或SiO2，调节焚烧飞灰的碱度在0.8-1.2之间，最佳值为1.0。该发明通过调整焚烧飞灰的碱度，使焚烧飞灰中的CaO与SiO2更易生成稳定的矿物成分，明显提高重金属的熔渣中固定率，而且加入的CaO、CaCO3或SiO2还可以降低焚烧飞灰的熔融温度，同时增强熔渣的各项物理性能，有利用焚烧飞灰熔渣的资源化利用，但是该申请中得到的熔渣中玻璃体含量比较低，不能更好地固定重金属。
因此，亟需开发一种高效熔融固定焚烧飞灰中重金属的方法，降低焚烧飞灰的熔点，提高焚烧飞灰玻璃化产物的品质，来解决焚烧飞灰中部分重金属的易挥发问题，降低工艺中的能耗。
发明内容
基于现有技术存在的问题，本申请旨在提供一种高效熔融固定焚烧飞灰中重金属的方法，可以实现焚烧飞灰中重金属的高效玻璃化固定，降低玻璃化过程中的能耗，提高玻璃化产物的品质。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种固定焚烧飞灰中重金属的方法，包括如下步骤：
S1、对焚烧飞灰进行水洗处理，对完成水洗处理的焚烧飞灰进行烘干处理，对固定剂进行破碎和过筛；
S2、将过筛后的固定剂与水洗后的焚烧飞灰按比例混合，得到混合物；
S3、将所得到的混合物进行震荡；
S4、将充分混合物进行高温煅烧；
S5、将熔融状态下的混合物放入液氮中冷却，得到玻璃化产物。
上述步骤S1中所述的固定剂选自废玻璃、含硼矿物和铝灰中的一种或几种；
优选地，所述的固定剂为废玻璃、含硼矿物和铝灰的混合物；
所述的废玻璃、含硼矿物和铝灰的质量比为15-50％：0-20％：10-30％；
优选地，所述的废玻璃、含硼矿物和铝灰的质量比为15-25％：10-20％： 15-25％；
在一个优选实施方案中所述的废玻璃、含硼矿物和铝灰的质量比为 25％:10％:25％。
在另一个优选实施方案中所述的废玻璃、含硼矿物和铝灰的质量比为 20％:10％:20％。
在另一个优选实施方案中所述的废玻璃、含硼矿物和铝灰的质量比为 15％:10％:15％。
上述步骤S2中所述的固定剂和焚烧飞灰的质量比40-60％：60-40％。
优选地，所述的固定剂和焚烧飞灰的质量比40％:60％、50％:50％或60％:40％。
在一些优选实施方案中，所述的废玻璃、含硼矿物、铝灰和焚烧飞灰的质量百分含量为：
其中，所述的废玻璃、铝灰、焚烧飞灰和含硼矿物中所含氧化物的百分含量为：
上述步骤S4中所述的高温熔融采用硅钼棒加热方式；所述焚烧飞灰加热至 1100-1500℃。
上述步骤S5中所述冷却的液氮和熔融混合物体积比＝20：1；
上述步骤S5中得到的玻璃化产物中玻璃体的质量百分比在95％以上。
在一些优选实施方案中，所述的废玻璃选自玻璃生产过程中的废品或玻璃体含量不低于85％的熔融化产物。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果
本发明通过熔融玻璃化的方式实现焚烧飞灰的无害化。本发明从简单易行、普适性的角度出发,利用焚烧飞灰、铝灰、含硼矿物、废玻璃，通过玻璃化的方式实现焚烧飞灰的无害化。
本发明所得玻璃化产物中玻璃体含量不低于85％满足焚烧飞灰无害化的要求。
附图说明
图1为本发明提供的一种高效熔融固定焚烧飞灰中重金属的方法。
具体实施方式
以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
实施例1
S1、对焚烧飞灰进行水洗处理，对完成水洗处理的焚烧飞灰进行烘干处理，对铝灰，废玻璃，含硼矿物进行破碎和过筛；
S2、将焚烧飞灰40％，铝灰25％，废玻璃25％和含硼矿物10％混合，得到混合物；
S3、将所得到的混合物进行震荡；
S4、将混合物在1100℃下进行高温煅烧；
S5、将熔融状态下的混合物放入液氮中冷却，熔融料的温度在2分钟内降低至500℃，冷却速度为500℃/min，得到玻璃化产物。
测得焚烧飞灰熔融料冷却后的玻璃态产品的玻璃体含量为98％，制得的玻璃态产品良品率为100％。
实施例2
S1、对焚烧飞灰进行水洗处理，对完成水洗处理的焚烧飞灰进行烘干处理，对铝灰，废玻璃，含硼矿物进行破碎和过筛；
S2、将焚烧飞灰50％，铝灰20％，废玻璃20％，含硼矿物10％混合，得到混合物；
S3、将所得到的混合物进行震荡；
S4、将混合物在1300℃下进行高温煅烧；
S5、将熔融状态下的混合物放入液氮中冷却，熔融料的温度在2分钟内降低至500℃，冷却速度为500℃/min，得到玻璃化产物。
测得焚烧飞灰熔融料冷却后的玻璃态产品的玻璃体含量为96％，制得的玻璃态产品良品率为100％。
实施例3
S1、对焚烧飞灰进行水洗处理，对完成水洗处理的焚烧飞灰进行烘干处理，对铝灰，废玻璃，含硼矿物进行破碎和过筛；
S2、将焚烧飞灰60％，铝灰15％，废玻璃15％，含硼矿物10％混合，得到混合物；
S3、将所得到的混合物进行震荡；
S4、将混合物在1500℃下进行高温煅烧；
S5、将熔融状态下的混合物放入液氮中冷却，熔融料的温度在2分钟内降低至500℃，冷却速度为500℃/min，得到玻璃化产物。
测得焚烧飞灰熔融料冷却后的玻璃态产品的玻璃体含量为90％，制得的玻璃态产品良品率为100％。
对比例1
S1、对焚烧飞灰进行水洗处理，对完成水洗处理的焚烧飞灰进行烘干处理；
S2、将焚烧飞灰100％在1500℃下进行高温煅烧；
S3、将熔融状态下的混合物放入液氮中冷却，熔融料的温度在2分钟内降低至500℃，冷却速度为500℃/min，得到玻璃化产物。
测得焚烧飞灰熔融料冷却后的玻璃态产品的玻璃体含量为55％，制得的玻璃态产品良品率为50％。
对比例2
S1、对铝灰进行粉碎处理；
S2、将铝灰100％在1800℃下进行高温煅烧；
S3、将熔融状态下的混合物放入液氮中冷却，熔融料的温度在2分钟内降低至500℃，冷却速度为500℃/min，得到玻璃化产物。
测得焚烧飞灰熔融料冷却后的玻璃态产品的玻璃体含量为60％，制得的玻璃态产品良品率为40％。
对比例3
S1、对废玻璃15％，铝灰70％，含硼矿物15％进行粉碎处理；
S2、将废玻璃15％，铝灰70％，含硼矿物15％在1400℃下进行高温煅烧；
S3、将熔融状态下的混合物放入液氮中冷却，熔融料的温度在2分钟内降低至500℃，冷却速度为500℃/min，得到玻璃化产物。
测得焚烧飞灰熔融料冷却后的玻璃态产品的玻璃体含量为10％，制得的玻璃态产品良品率为0％。
对比例4
S1、对废玻璃10％，铝灰80％，含硼矿物10％进行粉碎处理；
S2、将废玻璃10％，铝灰80％，含硼矿物10％在1400℃下进行高温煅烧；
S3、将熔融状态下的混合物放入液氮中冷却，熔融料的温度在2分钟内降低至500℃，冷却速度为500℃/min，得到玻璃化产物。
测得焚烧飞灰熔融料冷却后的玻璃态产品的玻璃体含量为10％，制得的玻璃态产品良品率为5％。
实验结果见下表1-2。
检测方法：根据GB/T41015-2021中的方法进行检测
本申请实施例1-3得到的玻璃化产物玻璃体含量大于85％，酸溶失率小于 3％，水浸出液、酸浸出液满足环境安全相关标准。
表1：实施例1-3及对比例1-4的玻璃体含量及良品率
表2：实施例1-3及对比例1-4的重金属固定率及重金属溶出率
由表1、2可知，实施例1具有较高的良品率，使用液氮对焚烧飞灰熔融料进行快速冷却，可使熔融料尚未结晶之前已冷却为玻璃态，从而获得具有更高玻璃体含量的玻璃态产品，获得更高的玻璃态产品良品率，同时获得的玻璃化产物重金属固定率高，重金属溶出率低。
以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (11)
1.一种固定焚烧飞灰中重金属的方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、对焚烧飞灰进行水洗处理，对完成水洗处理的焚烧飞灰进行烘干处理，对固定剂进行破碎和过筛；
S2、将过筛后的固定剂与水洗后的焚烧飞灰按比例混合，得到混合物；
S3、将所得到的混合物进行震荡；
S4、将充分混合物进行高温煅烧；
S5、将熔融状态下的混合物放入液氮中冷却，得到玻璃化产物；
步骤S1中所述的固定剂选自废玻璃、含硼矿物和铝灰中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的固定剂为废玻璃、含硼矿物和铝灰的混合物。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的废玻璃、含硼矿物和铝灰的质量比为15-50％：0-20％：10-30％。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的废玻璃、含硼矿物和铝灰的质量比为15-25％：10-20％：15-25％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S2中所述的固定剂和焚烧飞灰的质量比40-60％：60-40％。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述的固定剂和焚烧飞灰的质量比40％:60％、50％:50％或60％:40％。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的废玻璃、含硼矿物、铝灰和焚烧飞灰的质量百分含量为：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述的废玻璃、含硼矿物、铝灰和焚烧飞灰的质量百分含量为：
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述的废玻璃、铝灰、焚烧飞灰和含硼矿物中所含氧化物的百分含量为：
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S4中所述的高温熔融采用硅钼棒加热方式；所述焚烧飞灰加热至1100-1500℃。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S5中所述冷却的液氮和熔融混合物体积比为20：1。
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